南海东部马尼拉海沟俯冲带深部结构探测与研究

The eastern boundary of the South China Sea (SCS)—the Manila trench subduction, is the peak of its wilson cycle from continental rifting, oceanic spreading to subduction. The deep structure research on the Manila trench subduction zone is essential and critical to the theory of formation and evolution of SCS. This project will carry out integrated surveys of Ocean Bottom Seismometers (OBS) combined with Ocean Bottom ElectroMagnetometers (OBEM), airgun sources combined with earthquakes exploration, and 2D (two-dimensional) principle profile combined with 3D (three-dimensional) detailed survey for the first time. The study area will cover the Manila trench subduction zone (at latitudes of 19-21 degrees north). The project research will focus on: (1) the 2D/3D velocity features and crust/mantle structure around the Manila trench subduction zone, and determining the nature of crust and relationship with the SCS, providing the solid basis for the deep geodynamics of formation and evolution of the SCS; (2) the electrical resistivity structure, which contains the material components and trajectoty of the liquid motion. It is necessary to better understand how the suduction zone operate and function. The combined survey of OBS & OBEM and 3D OBS survey are pioneer and innovative experiments for the subduction zone. This research will not only supplement the critical part of seafloor spreading stopped, but also provide strong framework constrains for the formation and evolution mechanism of the SCS and then promote the integrated scientific outcomes.

南海东部边界—马尼拉海沟俯冲带，代表着南海从陆缘张裂、洋脊扩张、到俯冲消亡的完整威尔逊循环的顶点，其深部结构研究是南海生命演化史不可或缺的重要环节。本项目选择马尼拉海沟俯冲带（北纬19-21度）作为突破口，拟采用海底地震仪（OBS）与海底电磁场仪（OBEM）探测相结合、天然地震与人工地震方法相结合、及二维主剖面与三维精细探测相结合的研究方案，重点研究:（1）俯冲带及周边的地震速度结构，厘定该区地壳属性及与海盆关闭的关系，这是认识南海形成演化机制的重要基础；（2）俯冲带电性结构特征，其蕴含的地球内部物质组分及流体运动轨迹信息是解决俯冲带机制及其动力学的关键。本项目首次对俯冲带开展OBS与OBEM联合探测及大规模三维OBS探测，不仅及时补充了海盆关闭部分研究，而且从速度结构与电性结构双重的地球物理角度为南海形成演化史提供重要骨架支撑，更好地丰富集成项目成果，具有重要的创新性意义。

马尼拉海沟俯冲带的深部结构综合研究可以提供南海形成演化与俯冲消亡的重要信息，是“南海深部计划”项目指南中重要的资助方向。以马尼拉海沟东段为研究重点，围绕主要科学目标和关键科学问题，通过搭载国家基金委共享航次，先后开展了5次海底地震仪与海底电磁仪综合探测，投放OBS台站73台次，OBEM仪器5台次，累积放炮达13,872炮，成功获得了60台OBS数据和5台OBEM数据，获取了海量的基础数据。在海上执行任务时遇到了恶劣天气、仪器丢失、新仪器记录格式等巨大困难，项目组成员积极应对，攻克难关，发展了成熟的OBS 探测和数据处理技术平台，构建了可移动式的震源系统，为我国海洋科学研究提供了新的手段。主要开展了a.主剖面（OBS2015-2、OBS2016-2和T1）的二维速度结构研究；b.重点区域精细结构地震探测、模拟及解释，c.研究区天然地震观测与研究；取得了创新性研究成果：（1）确定了南海东北部的地壳属性为受到张裂后期岩浆活动影响的减薄陆壳（12–15 km）；（2）吕宋-琉球板块边界不是板块构造边界，而是连接北陆陆缘相邻张裂段的传递断层；（3）成功研发一体化海底电磁仪，并申请4项发明专利，探测了南海海底电磁场的特征；（4）基于人工地震探测及天然地震层析成像结果，确定了南海停止扩张时的洋壳范围及南海北部陆缘的洋陆边界COB；（5）构建了南海与菲律宾海板块的构造演化假说。始新世早期以来，南海的张裂期与菲律宾海板块的扩张期在时间上具有相关性，南海洋盆东部边为欧亚和菲律宾海板块之间的板块边界，最初由剪切性质后来演变为今天的挤压性质的马尼拉俯冲带，为南海的扩张演化史提供重要的地球物理证据。共发表学术论文24 篇，其中 SCI 论文 13 篇，EI论文2篇；发明专利4项；提交会议摘要39篇，其中 EI 会议摘要 4 篇；培养博士生 4 名、硕士生 4 名。.本项目不仅为重大研究计划《南海深海过程演变》核心科学问题（海底扩张的年代与过程）做出了实质性的贡献，而且为南海从海底扩张到板块俯冲的构造演化生命史的“骨架”提供了重要的基础数据，具有深远的科学意义。